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基于MSP430F135單片機+CCll00無線模塊+MAX232CPE接口芯片實現(xiàn)無線投票表決器設計方案

來源： elecfans

2022-08-09

類別：無線互聯(lián)

拍明芯城

原標題：基于MSP430F135單片機實現(xiàn)無線投票表決器設計方案

無線投票表決器設計方案

引言

無線投票表決器是一種用于會議、課堂或其他需要實時表決的場合的設備。本文詳細介紹基于MSP430F135單片機、CC1100無線模塊和MAX232CPE接口芯片的無線投票表決器設計方案。該設計方案充分利用了各芯片的優(yōu)勢，實現(xiàn)了低功耗、高可靠性和便捷操作。

系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)主要由三部分組成：主控部分、無線通信部分和串口通信部分。主控部分采用MSP430F135單片機，無線通信部分采用CC1100無線模塊，串口通信部分采用MAX232CPE接口芯片。

主要元器件介紹

MSP430F135單片機

MSP430F135是德州儀器（Texas Instruments）生產(chǎn)的一款超低功耗16位單片機。其主要特點如下：

超低功耗：工作電流僅為數(shù)微安至數(shù)毫安，特別適合電池供電的應用。
高性能：具有16位RISC CPU，速度可達16MHz，提供高效的運算能力。
豐富的外設：包括多達48個I/O口，5個16位定時器，12位ADC，2個UART，SPI和I2C接口等。
靈活的低功耗模式：包括5種不同的低功耗模式，可以根據(jù)實際應用選擇。

在本設計中，MSP430F135單片機負責系統(tǒng)的整體控制，包括用戶輸入處理、數(shù)據(jù)處理和無線通信控制。

CC1100無線模塊

CC1100是德州儀器生產(chǎn)的一款低功耗Sub-1 GHz無線收發(fā)器模塊。其主要特點如下：

低功耗：具有多種低功耗模式，適合電池供電設備。
高靈敏度：接收靈敏度高達-110 dBm，提供了良好的無線通信性能。
多頻段支持：支持315 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz頻段。
多種調(diào)制方式：支持OOK、FSK、GFSK等調(diào)制方式，適應不同應用需求。
靈活的配置：通過SPI接口進行配置，可以方便地設置頻率、功率、速率等參數(shù)。

在本設計中，CC1100無線模塊用于實現(xiàn)投票數(shù)據(jù)的無線傳輸。

MAX232CPE接口芯片

MAX232CPE是Maxim公司生產(chǎn)的一款RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片。其主要特點如下：

電平轉(zhuǎn)換：將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換為RS-232電平，適應標準串口通信。
雙通道轉(zhuǎn)換：包含兩個發(fā)射器和兩個接收器，支持全雙工通信。
低功耗：工作電流小，適合便攜式設備。

在本設計中，MAX232CPE用于實現(xiàn)單片機與PC機之間的串口通信，便于調(diào)試和數(shù)據(jù)管理。

硬件設計

硬件設計包括電源模塊、主控模塊、無線通信模塊和串口通信模塊。

電源模塊

電源模塊提供整個系統(tǒng)所需的電源。MSP430F135單片機和CC1100無線模塊都支持低電壓工作，因此電源模塊設計簡單。采用3.3V鋰電池供電，通過LDO穩(wěn)壓芯片提供穩(wěn)定的3.3V電源。

主控模塊

主控模塊以MSP430F135單片機為核心。單片機通過其I/O口與按鍵矩陣連接，用于采集用戶輸入。單片機的SPI接口與CC1100無線模塊相連，用于無線數(shù)據(jù)傳輸。單片機的UART接口與MAX232CPE相連，用于串口通信。

無線通信模塊

無線通信模塊采用CC1100無線模塊。模塊的SPI接口與MSP430F135單片機相連，通過配置寄存器實現(xiàn)頻率、速率、功率等參數(shù)的設置。模塊的天線接口通過匹配電路連接天線，實現(xiàn)無線信號的發(fā)射和接收。

串口通信模塊

串口通信模塊采用MAX232CPE接口芯片。芯片的TTL/CMOS接口與MSP430F135單片機的UART接口相連，RS-232接口通過串口線與PC機相連，實現(xiàn)與PC機的數(shù)據(jù)通信。

軟件設計

軟件設計包括系統(tǒng)初始化、用戶輸入處理、無線數(shù)據(jù)傳輸和串口通信處理。

系統(tǒng)初始化

系統(tǒng)初始化包括時鐘設置、I/O口初始化、SPI接口初始化、UART接口初始化和CC1100無線模塊初始化。

void system_init() {
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;   // 停止看門狗
    // 設置時鐘
    BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ;
    DCOCTL = CALDCO_16MHZ;
    // I/O口初始化
    P1DIR = 0xFF;    // 設置所有P1口為輸出
    P1OUT = 0x00;    // 設置P1口輸出低電平
    // SPI接口初始化
    UCB0CTL1 = UCSWRST;    // 復位USCI_B0
    UCB0CTL0 = UCCKPH | UCMSB | UCMST | UCSYNC;    // 3線SPI，主機模式
    UCB0CTL1 |= UCSSEL_2;    // 選擇SMCLK
    UCB0BR0 = 0x02;    // 設置波特率
    UCB0BR1 = 0;
    UCB0CTL1 &= ~UCSWRST;    // 釋放復位
    // UART接口初始化
    UCA0CTL1 |= UCSWRST;    // 復位USCI_A0
    UCA0CTL0 = 0;    // 設置為8N1模式
    UCA0CTL1 |= UCSSEL_2;    // 選擇SMCLK
    UCA0BR0 = 104;    // 設置波特率9600
    UCA0BR1 = 0;
    UCA0MCTL = UCBRS0;    // 設置調(diào)制
    UCA0CTL1 &= ~UCSWRST;    // 釋放復位
    // CC1100無線模塊初始化
    cc1100_init();
}

用戶輸入處理

用戶輸入處理包括按鍵掃描和按鍵處理。通過定時器中斷實現(xiàn)按鍵掃描，檢測按鍵狀態(tài)變化。

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void Timer_A (void) {
    static uint8_t key_state = 0xFF;
    uint8_t key_input = P1IN & 0x0F;    // 讀取按鍵輸入
    if (key_input != 0x0F) {    // 有按鍵按下
        if (key_state == 0xFF) {
            key_state = key_input;    // 記錄按鍵狀態(tài)
            process_key(key_state);    // 處理按鍵
        }
    } else {
        key_state = 0xFF;    // 恢復按鍵狀態(tài)
    }
}

void process_key(uint8_t key_state) {
    switch (key_state) {
        case 0x0E:    // 按鍵1按下
            send_vote_data(1);    // 發(fā)送投票數(shù)據(jù)
            break;
        case 0x0D:    // 按鍵2按下
            send_vote_data(2);
            break;
        case 0x0B:    // 按鍵3按下
            send_vote_data(3);
            break;
        case 0x07:    // 按鍵4按下
            send_vote_data(4);
            break;
        default:
            break;
    }
}

無線數(shù)據(jù)傳輸

無線數(shù)據(jù)傳輸通過CC1100無線模塊實現(xiàn)。采用SPI接口與MSP430F135單片機通信，通過CC1100寄存器配置和數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。

void cc1100_init() {
    // CC1100配置代碼
}

void send_vote_data(uint8_t vote) {
    cc1100_send_data(&vote, 1);    // 發(fā)送投票數(shù)據(jù)
}

void cc1100_send_data(uint8_t *data, uint8_t length) {
    // SPI發(fā)送數(shù)據(jù)代碼
}

串口通信處理

串口通信處理通過UART接口實現(xiàn)。接收數(shù)據(jù)通過中斷處理，發(fā)送數(shù)據(jù)通過發(fā)送函數(shù)實現(xiàn)。

#pragma vector=USCIAB0RX_VECTOR
__interrupt void USCI0RX_ISR(void) {
    uint8_t rx_data = UCA0RXBUF;    // 讀取接收數(shù)據(jù)
    process_rx_data(rx_data);    // 處理接收數(shù)據(jù)
}

void process_rx_data(uint8_t rx_data) {
    // 接收數(shù)據(jù)處理代碼
}

void send_uart_data(uint8_t *data, uint8_t length) {
    for (uint8_t i = = 0; i < length; i++) {
        while (!(IFG2 & UCA0TXIFG));  // 等待發(fā)送緩沖區(qū)空閑
        UCA0TXBUF = data[i];          // 發(fā)送數(shù)據(jù)
    }
}

軟件設計細節(jié)

CC1100初始化配置

CC1100無線模塊的初始化配置通過SPI接口完成，具體配置包括頻率、功率、速率等參數(shù)。以下是一個CC1100初始化的示例代碼：

void cc1100_init() {
    uint8_t config_data[] = {
        0x29,  // 設置頻率等參數(shù)
        0x2E,  // 設置數(shù)據(jù)速率等參數(shù)
        // 其他配置參數(shù)
    };

    cc1100_write_reg(CC1100_IOCFG2, 0x29);  // 配置IOCFG2寄存器
    cc1100_write_reg(CC1100_FIFOTHR, 0x2E); // 配置FIFOTHR寄存器
    // 配置其他寄存器
    for (uint8_t i = 0; i < sizeof(config_data); i++) {
        cc1100_write_reg(i, config_data[i]);
    }

    // 進入接收模式
    cc1100_strobe(CC1100_SRX);
}

void cc1100_write_reg(uint8_t addr, uint8_t value) {
    // 通過SPI接口寫入CC1100寄存器
}

void cc1100_strobe(uint8_t strobe) {
    // 發(fā)送CC1100命令口令
}

無線數(shù)據(jù)接收與處理

無線數(shù)據(jù)接收通過CC1100的中斷引腳觸發(fā)中斷服務程序，讀取接收到的數(shù)據(jù)并進行處理。

#pragma vector=PORT1_VECTOR
__interrupt void Port_1(void) {
    if (P1IFG & BIT2) {  // 檢測是否是CC1100的中斷
        P1IFG &= ~BIT2;  // 清除中斷標志

        uint8_t rx_length = cc1100_receive_data(rx_buffer, sizeof(rx_buffer));
        process_rx_data(rx_buffer, rx_length);  // 處理接收的數(shù)據(jù)
    }
}

uint8_t cc1100_receive_data(uint8_t *buffer, uint8_t buffer_length) {
    uint8_t length = 0;
    // 讀取CC1100接收的數(shù)據(jù)
    // SPI讀取數(shù)據(jù)代碼
    return length;
}

void process_rx_data(uint8_t *data, uint8_t length) {
    // 處理接收到的投票數(shù)據(jù)
}

系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)上電初始化：上電后，系統(tǒng)首先進行初始化，包括時鐘配置、I/O口初始化、SPI和UART接口初始化，以及CC1100無線模塊初始化。
用戶輸入處理：系統(tǒng)通過定時器中斷周期性地掃描按鍵狀態(tài)，當檢測到按鍵按下時，記錄按鍵狀態(tài)并處理按鍵輸入。
數(shù)據(jù)傳輸：根據(jù)按鍵輸入，系統(tǒng)將投票數(shù)據(jù)通過CC1100無線模塊發(fā)送出去。
數(shù)據(jù)接收與處理：系統(tǒng)通過CC1100的中斷引腳檢測是否有數(shù)據(jù)接收，當有數(shù)據(jù)接收時，讀取數(shù)據(jù)并進行處理。
串口通信：系統(tǒng)通過MAX232CPE芯片與PC機進行串口通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳和調(diào)試。

功能測試與驗證

在設計完成后，需要對無線投票表決器進行功能測試與驗證。主要測試以下幾個方面：

電源穩(wěn)定性：確保系統(tǒng)在電池供電下能夠穩(wěn)定工作。
按鍵響應：測試按鍵輸入的響應速度和準確性。
無線傳輸距離：測試無線通信的有效距離和可靠性。
數(shù)據(jù)正確性：驗證發(fā)送和接收的數(shù)據(jù)是否正確。
串口通信：測試與PC機的串口通信是否正常。

結論

本文詳細介紹了基于MSP430F135單片機、CC1100無線模塊和MAX232CPE接口芯片的無線投票表決器設計方案。通過合理的硬件設計和軟件實現(xiàn)，該系統(tǒng)具有低功耗、高可靠性和便捷操作的特點，適用于各種需要實時表決的場合。在實際應用中，可以根據(jù)需求進行進一步優(yōu)化和擴展，例如增加顯示屏以顯示投票結果、增加更多按鍵以支持更多選項等。